污水处理A/O过程的ASM2机理建模及网络监控研究

【摘要】： 淡水资源的短缺和人们环保意识的逐步提高，使得污水处理的重要性日益突出。目前最常用的污水处理途径是活性污泥法。它是一种水体自净的人工强化方法，具有机理复杂、非线性、时变性大的特点。为了更好的提高活性污泥法污水处理效果，我们首先要了解其机理模型；其次是建立先进的污水处理厂实时自动监控系统。 目前，国内外学者对活性污泥法数学模型的研究主要集中在IAWQ组织提出的ASM1之上，对其随后提出的包含除磷效果的ASM2的研究几乎还是空白。然而，由于ASM1并没有包含磷的去除，在水体富营养化日趋严重的今天，这不能不说是一大遗憾。出于这种考虑，有必要对ASM2进行研究，建立适合具体工艺要求的ASM2简化模型，并考虑其在污水处理厂自动监控系统中的具体实施。 本文的主要研究工作和贡献如下： 1．分析进行污水处理的必要性和我国城市污水处理的现状，结合国外在污水处理方面的发展情况，指出我国污水处理的发展趋势。 2．对活性污泥法数学模型、污水处理控制策略的发展进行详尽综述。 3．介绍了活性污泥法污水处理的原理和过程，对其典型工艺(A／O)进行详述；并阐述污水处理厂污水处理工艺的选择标准。 4．为适当简化模型的复杂性，先进行一定的条件假设(①厌氧池中S_(O2)浓度为0，好氧池中曝气充分；②池中pH值稳定在ASM2的适用范围6.3～7.8之内；③不考虑碱度SALK对污水处理反应过程的影响；④二沉池中固液分离完全。)，在此基础上，建立污水处理A／O过程的ASM2机理模型。分析该模型的稳定性，并在进水流量和回流比改变的情况下对其动态性能进行分析。 5．以作者负责的一个项目为例，详细的介绍了如何基于工业以太网和PLC实现污水处理厂的全厂实时自动监控系统；同时，对污水处理厂的重要环节—污水泵站，应用动态规划思想，建立以泵组使用时间最短为优化目标的数学模型，并介绍了该模型基于PLC的软件实现。 【关键词】：污水处理 数学模型 活性污泥法 ASM2 A/O工艺 自动控制 PLC 动态规划
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TP29
【目录】：

• 第一章 绪论9-19
• 1.1 引言9-11
• 1.1.1 污水处理再生利用的现状和意义9-10
• 1.1.2 我国污水处理再生利用存在的问题与对策10
• 1.1.3 我国污水处理再生利用的发展趋势10-11
• 1.2 活性污泥法数学模型11-15
• 1.2.1 活性污泥法模型简介11-13
• 1.2.2 污水处理过程模型仿真13-15
• 1.3 污水处理过程的控制策略15-18
• 1.3.1 污水处理过程的特点15
• 1.3.2 常规控制策略15-16
• 1.3.3 最优化控制策略16-17
• 1.3.4 智能控制策略17-18
• 1.4 本文研究内容18-19
• 第二章 活性污泥法A／O工艺介绍19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 活性污泥法简介19-20
• 2.3 活性污泥法A／O工艺20-28
• 2.3.1 A／O生物脱氮系统及基本原理20-24
• 2.3.2 A／O生物除磷系统及基本原理24-27
• 2.3.3 A／O生物脱氮除磷系统及基本原理27-28
• 2.4 活性污泥法其它典型工艺介绍28-29
• 2.4.1 氧化沟工艺28
• 2.4.2 SBR工艺28-29
• 2.5 污水处理厂污水处理工艺选择29
• 2.6 结束语29-31
• 第三章 基于ASM2的污水处理A／O过程机理建模及仿真31-61
• 3.1 引言31-32
• 3.2 ASM2模型介绍32-38
• 3.2.1 ASM2的组分分类32
• 3.2.2 ASM2的数学基础32-34
• 3.2.3 ASM2的反应过程、化学计量系数以及动力学系数34-38
• 3.2.4 反应速率表达式38
• 3.2.5 ASM2的使用限制38
• 3.3 ASM2中组分动力学方程推导38-44
• 3.3.1 矩阵中未知系数的计算38-39
• 3.3.2 组分动力学方程推导39-40
• 3.3.3 组分动力学方程的简化40-44
• 3.4 基于A／O工艺模型的建立44-49
• 3.5 模型仿真49-60
• 3.5.1 模型稳态值分析49-54
• 3.5.2 模型的动态性分析54-60
• 3.6 结束语60-61
• 第四章 英德市西城污水处理厂A／O处理自动控制系统61-75
• 4.1 引言61
• 4.2 英德市西城污水处理厂A／O工艺61-62
• 4.3 英德市西城污水处理厂控制系统集成62-64
• 4.3.1 控制系统结构62-63
• 4.3.2 控制系统现场层的选择63
• 4.3.3 基于以太网的控制系统网络图63-64
• 4.4 英德市西城污水处理厂控制系统硬件配置64-68
• 4.4.1 执行层硬件配置64-65
• 4.4.2 PLC配置(现场控制层)65-67
• 4.4.3 中央控制室67-68
• 4.5 英德市西城污水处理厂控制系统软件实现68-73
• 4.5.1 系统控制要求68-69
• 4.5.2 软件设计69-73
• 4.6 英德市西城污水处理厂自动控制系统应用效果分析73-74
• 4.7 结束语74-75
• 第五章 污水处理厂泵站自动调度控制75-85
• 5.1 引言75
• 5.2 污水处理厂泵站工艺流程75-77
• 5.2.1 泵站设计流量的确定75
• 5.2.2 泵站的扬程75-77
• 5.2.3 泵站的辅助设备77
• 5.3 动态规划77-80
• 5.3.1 动态规划的基本思想和基本方程77-80
• 5.3.2 动态规划方程的求解方法80
• 5.4 污水处理厂泵站的优化调度模型80-81
• 5.5 污水处理厂泵站自动调度控制的软件实现81-84
• 5.5.1 泵的启／停控制82-84
• 5.5.2 自动更换备用泵控制84
• 5.6 结束语84-85
• 第六章 总结与展望85-87
• 参考文献87-91
• 附录91-93
• 附录一 攻读硕士期间完成的论文及从事的科研项目91-92
• 附录二 证明材料92-93
• 致谢93

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